农业设施环境控制.doc

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1、气调贮藏 通过调节环境中的气体成分(主要是氧气和二氧化碳)， 使产品在特定的空气中，二氧化碳25)， 而使产品得以长期贮藏的方法贮藏的方法称气调贮藏；光照控制的内容主要有光照强度控制和光周期控制两种方式。不论是光照强度控制还是光周期控制，控制系统设计中都离不开光照强度测定仪和定时器这两个基本的传感控制部 件。通过实时检测动态光照强度变化，配合时钟控制，可完成对光强和光周期的各种控制要求。光周期控制手动控制系统简单可靠，一般由继电器、接触器、按钮、限位开关等电气元件组成。但一般来说，即使在温室自动控制系统，往往也包含有手动控制方式，手动控制系统是温室控制系统的基础数字式控制仪控制系统 这种控制系

2、统往往只对温室的某一环境因子进行控制。控制仪通过传感器对温室内的某一环境因子监测，并对其设定上限值和下限值，然后控制仪自动对驱动设备进行开启或关闭，从而使温室的环境因子控制在设定的范围内。控制器控制系统就是采用了综合环境控制。这种控制方法根据作物对各种环境要素的配合关系，当某一要素发生变化时，其他要素自动作出相应改变和调整，能更好地优化环境组合条件。控制器控制系统由单片机系统或可编程控制器与输入输出设备及驱动执行机构组成，计算机控制系统 计算机控制系统有两类，一类由控制器控制系统与计算机系统构成，这类系统的控制器可以独立控制，将控制系统的核心设置在计算机的主机中，计算机只需完成监视和数据处理工

3、作，温室管理者可以利用微机进行文字处理及其他工作；另一类计算机作为专用的计算机，它是控制系统的核心，不能用它从事其他工作信息检测系统一个完整的信息检测系统通常由传感器、测量电路和显示记录装置等部分组成，温室自动控制系统可分为数字式控制仪控制系统、控制器控制系统、计算机控制系统传感器是把被测量的物理量、化学量、生物量等变换为另一种与之有确定对应关系并便于测量的量(通常是电学量)的装置。EC的测量 EC(Electrical Conductivity)是指电导率。在溶液中，离子浓度越高，导电能力越强，EC值越大；离子浓度越低EC值越小。在营养液中，养分是以离子的形式存在，如果养分含量高则EC值大。

4、温度传感器 温度是最重要的温室气候环境参数。温度的检测方法和器件很多。常用的温度传感器有热电偶型、热电阻型、热敏电阻型等。CO2浓度传感器 检测CO2浓度的传感器有气敏电阻CO2浓度传感器、电化学CO2传感器、红外CO2浓度检测仪和阻抗型压电CO2传感器等。pH测量仪 pH值是溶液氢离子浓度的函数，它表示溶液的酸碱度。对于灌溉施肥和营养液栽培系统，检测溶液的pH值非常重要。温室控制技术是随着自动检测技术、过程控制技术、通讯技术、计算机技术的发展而发展起来的1从设施条件的规模、结构的复杂程度和技术水平可将设施分为四个层次：1简易覆盖设施2普通保护设施3现代温室4植物工厂2太阳常数1368w/m2

5、。 3日光温室的三要素 围护墙体 后屋面 前屋面4一般条件下冬春季节小棚的增温能力只有36，加盖草帘子的小棚，温度可提高2以上，增温能力达58。 5夏季棚温最高可比外界高出1520，容易造成高温危害，应注意通风降温。棚内的高湿。6一般棚内相对湿度可达70100%。白天通风时，相对湿度可保持在40%60%，平均比外界湿度高20%左右。7冷库为农副产品贮藏保鲜要求的“低温、高湿”稳定环境提供了基本条件按冷库制冷没备的制冷剂分类：目前广泛应用的制冷剂有两种，一种是液氨，一种是氟利昂 8通过调节环境中的气体成分(主要是氧气和二氧化碳)， 使产品在特定的空气中，二氧化碳25)， 而使产品得以长期贮藏的方

6、法贮藏的方法称气调贮藏；在冷库的基础上，这样的贮藏保鲜库即气调库。9由于机械设备及植物生理上的原因。一般温室的通风强度为每分钟0.751.5次（即每分钟把温室的空气更换0.751.5次），能够控制温室内外的温差在5内10强制通风的局限性1单纯的强制通风的降温，室内温度不可能比室外温度低。2能够控制温室内外的温差在5内。11太阳辐射是作物生长的基本能量来源。12地表光照条件的变化 地表光照条件包括光照强度、日照长度和光质光谱分布。地表的光照强度有空间和时间上的变化。 光照强度随地理位置、海拔高度和坡向的不同而不同。光照强度随纬度的增加而减弱，纬度越低，太阳高度角越大，光照强度越强；13蓝紫光加速

7、短日照植物生长，抑制植物伸长使之形成矮小形态，促进花青素等色素的形成。高山植物一般具有形态矮小、花色鲜艳等特点，这与高山上蓝紫光及紫外线较多有关。红光、橙光加速长日照植物生长，抑制短日照植物生长，促进植物茎的生长。紫外线能促进花青素的形成，抑制作物徒长。红外线不能引发植物生化反应，只有增热效应，为植物生长提供热量。红光有利于碳水化合物合成，蓝光能促进蛋白质合成，而紫外线与维生素c的合成有关。14人工光源的发光效率有三种表示方法，分别为： 1mW(流明瓦) mWW(毫瓦瓦) molW(微摩尔瓦)温室控制需要采集的信息(被测量)很多，主要包括室内温度、室内湿度、CO2浓度、营养液的pH值和EC值、

8、室外温度、室外湿度、室外光照强度、降雨、风速和风向等。(4)测量范围与量程 测量范围是指正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的范围。通常以测量范围的下限值和上限值来表示。 量程是测量范围上限值和下限值的代数差。执行机构可分为两大类：一类是正反转运行电机，如开窗、拉幕等；另一类是开关控制设备，如风机、水泵等。每类设备又根据不同控制方法，分为手动控制和自动控制，温室控制系统可分为数字式控制仪(如温控仪等)控制系统、单片机或可编程控制器控制系统和计算机控制系统。温室控制系统的发展趋势1数字式智能化传感器技术 2嵌入式单片微机系统 。3信息的无线传输技术 4计算机图像处理及识别技术 5农业

9、专家系统 6Internet网络通讯技术 上悬窗开窗电机一般选用三相电动机，卷膜开窗一般采用直流24V电机。现代温室的配套设备与应用（一）自然通风系统自然通风系统是温室通风换气、调节室温的主要方式，一般分为：顶窗通风、侧窗通风和顶侧窗通风等三种方式 。(二)加热系统加热系统与通风系统结合，可为温室内作物生长创造适宜的温度和湿度条件。目前冬季加热方式多采用集中供热、分区控制方式，主要有热水管道加热和热风加热两种系统。(三) 幕帘系统包括帘幕系统和传动系统，帘幕依安装位置可分为内遮阳保温幕和外遮阳幕两种。1内遮阳保温幕 2外遮阳系统 (四)降温系统 暖地温室夏季热蓄积严重，降温可提高设施利用率，实

10、现冬夏两用型温室的建造目标。常见的降温系统有： 1微雾降温系统 微雾降温系统使用普通水，经过微雾系统自身配备的两级微米级的过滤系统过滤后进人高压泵，经加压后的水通过管路输送到雾嘴，高压水流以高速撞击针式雾嘴的针，从而形成微米级的雾粒，喷人温室，迅速蒸发以大量吸收空气中的热量，然后将潮湿空气排出室外达到降温目的 。2湿帘降温系统 湿帘降温系统利用水的蒸发降温原理实现降温。1克水在37时完全蒸发需要吸热574卡热量。(五)补光系统补光系统成本高，目前仅在效益高的工厂化育苗温室中使用，主要是弥补冬季或阴雨天的光照不足对育苗质量的影响(六) 补气系统 补气系统包括以下二部分。1二氧化碳施肥系统 2环流

11、风机 (七)计算机自动控制系统 自动控制是现代温室环境控制的核心技术，可自动测量温室的气候和土壤参数，并对温室内配置的所有设备都能实现优化运行而实行自动控制，如开窗、加温、降温、加湿、光照和二氧化碳补气，灌溉施肥和环流通气等。(八)灌溉和施肥系统灌溉和施肥系统包括水源、储水及供给设施、水处理设施、灌溉和施肥设施、田间管道系统、灌水器如滴头等。 除上述配套设施外，有的还配以穴盘育苗精量播种生产线、组装式蓄水池、消毒用蒸气发生器、各种小型农机具等配件。日光温室的性能(一) 光照特点日光温室的光照状况，与季节、时间、天气情况以及温室的方位、结构、建材、棚模、管理技术等密切相关。不同棚型结构其采光量不

12、同，温室内的光照分布、光强变化的规律和特点是基本一致的。温室内光照存在明显的水平和垂直分布差异。实践证明可以满足多数蔬菜生长的需要。(二) 温度特点 1气温日变化特征 在各种不同的天气条件下，日光温室的气温总是明显高于室外气温，严冬季节的旬平均气温室内比室外高1518，当室外气温降到-19.6时，室内仍能维持8.3，旬平均最低气温室内比室外高15-19 。另外，晴天增温比阴天明显，严冬季节晴天的正午前后，室内外温差可达2528。2墙体保温特性 3 地温特性果蔬保鲜贮藏设施与园艺栽培设施、养殖设施相比有以下特点：1、冷库环境调控的目的是要最大限度的抑制果蔬的活性，延长贮存时间，而园艺栽培设施、养

13、殖设施环境调控的目的是要增加生物的活性，促进生物的生长。2、冷库的保温、密封性能要好得多。3、冷库的环境调控精度高，环境参数一经确定，可以把环境因子控制在很窄的变动范围内。4、冷库内的环境可以完全摆脱气候条件的影响。5、冷库的环境调控更容易实现自动化。6、冷库单位体积的投资比园艺栽培设施、养殖设施的投资要高的多。 冷库为农副产品贮藏保 冷库为农副产品贮藏保鲜要求的“低温、高湿”稳定环境提供了基本条件。冷库良好的隔热保温和隔气防水性能，可以很准确地控制库内稳定的温、湿度环境，而不受外界气候变化的干扰。不同的农副产品种类，贮藏保鲜适宜的温、湿度是不同的。按冷库的用途和温度分类： (1)高温库：又称

14、恒温库、冷风库和果品冷库等。其温度控制在0(2)或010之间，常用作果品蔬菜的冷藏保鲜和肉类、水产等产品的冷却间，预冷间等。(2)低温库：又称冷冻库冷藏库或简称冷库等。其温度一般控制在-10以下。用于冷藏冻结好的农副产品。(3)速冻库：温度一般控制在-23以下。(4)超低温库：国外有把温度降至-28-50，用于特殊产品(如金枪鱼)的冻藏。 (5)冰库：是制取和贮藏人工制冰的冷库。常用的温度为-4和-10。畜禽环境因子及其对畜禽的影响 温度 畜禽舍内温度是影响畜禽生长、发育和生产的首要因素。温度过高或过低都会使生产力下降、饲料转化率降低、生产成本增高，甚至破坏体温平衡使机体的健康和生命受到影响。

15、适宜温度的具体范围取决于畜禽种类、品种、生长阶段、饲料情况等诸多因素。每种动物在不同生长阶段都有它最适于生长的环境温度，在这个温度下它生长得最快、饲料转化率最高。 相对湿度 在畜禽舍中，空气的相对湿度对畜禽的影响主要表现在对畜禽体蒸发散热方面。当环境温度较高时，由于显热散失比较困难，空气的相对湿度成为影响潜热散失量的主要因素。当环境温度低于24时，相对湿度对畜禽的生长、发育和生产力没有什么影响。此外，潮湿也容易引起病原体的繁殖，影响畜禽的健康。 气流速度 空气流速对畜禽的影响主要表现在影响散热上。当环境温度低于畜禽体温时，空气流速的增加将促进畜禽的显热失热和潜热失热。因此，在高温环境下提高气流

16、速度，有利于畜禽散热和生产力的提高，在低温环境中则是不利的。当环境温度高于畜禽体温时，提高气流速度将增加畜禽的热负荷。空气污染物 空气污染物包括气体和固体微粒。气体污染物主要有：二氧化碳(CO2、甲烷(CH)、氨气(NH3)、硫化氢(H2S)以及畜禽粪便分解产生的微量气体等。封闭式的畜禽环境中的固体微粒主要来源于饲料的粉尘和畜禽的细碎羽毛、粪便、皮屑等。采暖方式热水采暖以热水为热媒的釆暖系统，由提供热源的锅炉、热水输送管道、循环水泵散热器以及各种控制和调节阀门等组成。该系统由于供热热媒的热惰性较大，温度调节可达到较高的稳定性和均匀性，与热风和蒸汽采暖相比，虽一次性投资较多，循环动力较大，但热损

17、失较小，运行较为经济。一般冬季室外采暖设计温度在以下且加温温时间超过三个月者，常采用热水采暖系统。我国北方地区大都采用热水采暖，对面积较大的温室群供暖，采用热水供暖在我国长江流域有时也是经济的。蒸汽采暧以蒸汽为热媒的采暖系统，其组成与热水采暖系统相近，但由于热媒为蒸汽，温度一般在100110，要求输送热媒的管道和散热器必须耐高压、高温、耐腐蚀，密封性好。热风采暖通过热交换器将加热空气直接送入温室提高室温的加热方式。这种加热方式由于是强制加热空气，一般加温的热效率较高。热风采暖系统由于热风干燥，温室内相对湿度较低，此外由于空气的热惰性较小，加温时室内温度上升速度快，但在停止加温后，室内温度下降也

18、比较快，易形成作物叶面积水，加温效果不及热水或蒸汽采暖系统稳定。降温1、自然通风2、强制通风 3、湿帘风机降温系统4、喷雾降温 5、屋面喷水降温6、遮荫降温（ (一)室外遮荫降温系统 (二)室内遮荫系统(三)屋面喷白降温）强制通风由于机械设备及植物生理上的原因。一般温室的通风强度为每分钟0.751.5次（即每分钟把温室的空气更换0.751.5次），能够控制温室内外的温差在5内。强制通风的局限性单纯的强制通风的降温，室内温度不可能比室外温度低。能够控制温室内外的温差在5内。湿帘风机降温系统 系统组成：由湿帘箱体、上下水循环系统、轴流风机组成。系统用途：湿帘风机降温系统（即负压通风），多用于温室、

19、畜禽舍等相对密封的场所。湿帘风机正压送风降温系统湿由湿帘纸、水循环系统、送风机组成冷风机多用于纺织厂、商场、餐厅等密闭不严的场所。工作原理：湿帘装在密闭房舍一端山墙或侧墙上、风机装在另一端山墙或侧墙上。风机抽风时，室内产生负压、迫使室外未饱和的空气流经多孔湿润湿帘表面时，湿帘表面水分蒸发，空气中大量显热转化为潜热，同时经过湿帘进入温室内的空气相对湿度增加。从而迫使进入室内空气的干球温度降低812并不断地引入室内进行防暑降温。湿度环境对作物生长发育的影响 土壤湿度直接影响作物根系的生长和对肥料的吸收，影响作物的产量、色泽及风味等。土壤湿度对作物体内饱和水分不足度有明显的影响。土壤缺水时，植物体内

20、水分饱和不足度显著增大，反之则减小。土壤湿度低，作物易产生萎蔫现象。据研究，土壤含水量为1015时，作物地上部分即停止生长；当土壤含水量低于7时，根系生长停止，同时常因土壤溶液浓度高，根系发生外渗现象，引起烧根甚至死亡。反之，土壤水分过多会引起作物徒长、生育和成熟推迟，甚至产生落花、落果、裂果等生理障碍。另外，土壤湿度过高，土壤气体减少，会造成根系缺氧，呼吸作用减弱，影响水分和养分的吸收，甚至引起根系窒死亡。温室湿度环境特点空气湿度 高湿度是温室环境的特点之一。温室内空气湿度来源于土壤蒸发和作物蒸腾作用。温室内作物生长旺盛，作物叶面积指数高，通过蒸腾作用释放大量的水蒸气，在密闭情况下使得温室内

21、水蒸气迅速达到饱和，空气绝对湿度和相对湿度都明显高于室外。2 土壤湿度 温室中的土壤湿度与灌溉量、土壤毛细管上升水量、土壤蒸发量、作物蒸腾及空气湿度有关。与露地相比，由于温室内空气湿度高于室外，土壤蒸发量和作物蒸腾量均小于室外，因而温室土壤相对较湿润。空气湿度调节1、加湿 在温暖季节，白天温室往往开窗进行通风，室内空气湿度进一步下降，与室外趋于一致。此时需要进行加湿，加湿往往与降温协调进行。主要的加湿方法有；喷雾加湿。 湿帘加湿，降温的同时进行加湿。除湿 温室空气湿度调节的目的一般是为了降低室内空气相对湿度，减少作物叶面的结露现象。降低空气湿度的方法主要有以下几种。 通风换气 改进灌溉方法 温

22、室内的光照条件温室内的光照来源于室外太阳辐射(人工光照除外)，室内光照条件的变化规律与自然光照相同。但温室内的光照条件又明显不同于室外光照。首先，温室的方位及屋面采光角影响阳光入射量；其次，温室外覆盖材料的种类及其表面清洁程度会影响阳光透射量，甚至会改变室内太阳辐射的光谱分布；再次，因受到温室结构或设备遮荫的影响，使得室内光照分布不均匀。温室内光照环境包括光照强度、光照时数、光质及光照分布。温室光照控制与调节温室内光照条件来源于自然光照，自然光照随季节和纬度有着明显差异，无论弱光、短日照还是强光、长日照都有可能成为温室作物生长的限制因素。因此，在实际生产中进行光照控制与调节是很有必要的。 1合

23、理进行规划与设计 2人工补光调节 3遮光调节 。光照强度的控制首先要通过光照传感器获得温室内光照强度的变化，由于室内光照可能会受到短时云层遮盖或骨架阴影等因素的影响，温室光照控制不能以传感器测得的瞬时值作为控制的依据，一般应以一段时间内的平均值、最高值或延时测定值等作为控制依据。当测定到光照强度控制值低于设定值下限后开始人工补光，而当补光强度大于设定值上限后应调节光照强度，以最大限度节约能源。 调节人工光照强度的方法主要有两种：一是采用组合灯具，将其中部分灯具开启，部分灯具关闭，这种方法要注意补光的均匀度；二是采用改变供电电压的方法，一般像白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯等，其光输出随供电电压的升

24、高而升高，但在具体使用中要考虑电压的调节应在光源的额定电压调节范围内，因为长时间过高的电压会直接影响光源的使用寿命。 如果不是在自然光照条件下进行人工光照补光(如夜间温室人工补光、生物培养箱光照、组培室光照等)，则对人工补光的控制可省去对光照的测量，而仅用时间控制即可完成，按照设计功率定时完成对光源的开启或关闭。这种情况下，用定时器即可完成对人工光源的控制。对光照强度的控制主要有两种方式：一是无外界自然光照条件下的光照控制；二是有部分自然光照下的光照控制光周期控制当进行光周期补光控制时，因不同季节、不同作物其控制策略有较大差别，但主要是根据时钟控制。常用的光周期控制方法有以下几种。1延长日照

25、2中断暗期 3间歇照明 4黎明前光照 5短日中断光照 简述CO2浓度与与光合作用的关系。影响光合作用过程的任何一个因子在特定条件下都可能成为作物生长的限制因子。如果其他因子条件都合适，通常情况下，作物的光合作用强度将随CO2浓度的增高而增高。当然过高的CO2浓度也会反过来阻碍光合作用的进行。这个浓度界限与作物种类、作物生育阶段、高浓度CO2处理时间及其他环境条件相关。一般来说，理想的CO2浓度约为8001500mLm3。 光弱时，光合作用降低幅度比呼吸作用显著，所以要求较高的CO2浓度，才能维持光合和呼吸作用相等，即光弱时CO2补偿点高；光强时，光合作用显著高于呼吸作用，CO2补偿点低。CO2施肥情况下的栽培管理特点在增施CO2的条件下，叶片气孔开张度缩小，叶片气孔水蒸气扩散阻力加大，植株蒸腾速率下降，叶片温度上升，此外，增施CO2后，常使作物的叶片肥大，植株生长旺盛，加速植株老化。因此，在增施CO2后，应该采取相应的栽培技术措施。 1选用适合品种 。 2灌溉与施肥 3温度控制 CO2施肥方法 温室内常用的CO2来源有5种碳水化合物燃料、高压瓶装CO2、干冰、发酵。有机物质的降解和化学反应生成法。一燃烧碳水化合物燃料 二瓶装压缩CO2三干冰施肥 四发酵方法